[发明专利]基于模糊预测的反分叉控制方法

说明书

本发明公开了基于模糊预测的反分叉控制方法，步骤如下：S1离线模式下通过优化计算得到最小扰动不变集Ω_m，以及对应的l个模糊子集的控制律增益；S2给定设定工况点(x_op，u_op)，初始化计算时刻k＝0及相关权值系数Q和R；S3在k时刻通过测量或观测器估计的方式获取当前的状态x(k)，并通过公式计算S4判断当前是否属于离线算得的最小扰动不变集Ω_m，如果属于该不变集，则计算控制律；如果不属于该不变集，则优化计算式，并由此得到控制律增益F₁(k)，F₂(k)，…，F_l(k)，同时计算控制律S5工况点的控制输入u_op，系统的控制输入为S6将k＝k+1，并回到步骤3。本发明将系统状态调节到收敛的稳定极限环，有效地解决了非线性系统的分叉问题。

技术领域

本发明属于热工控制技术领域，具体涉及基于模糊预测的反分叉控制方法。

背景技术

锅炉-汽机发电机组在不同工况下运行会表现出较强的非线性特征，同时运行过程中来自各方面的扰动加剧了非线性的不利影响；同时由于执行器等硬件条件的限制，以及出于安全考虑，对于汽包液位等输出量的限制。这些都给机炉协调系统的高效控制带来巨大挑战。

从非线性动力学角度分析，系统参数的变化可能会引起状态轨迹的分叉现象(Bifurcation)，甚至会出现不期望的混沌现象，所谓分叉就是非线性系统运动稳态点会随着参数变动到临界值而不断发生分叉的一种非线性现象。这些现象的出现使得传统的线性化方法很难满足解决非线性问题的要求，而且非线性动力学问题的解析解是很难求出的。而且，因执行器等硬件约束引起的控制输入饱和使得控制系统进入非线性区域，也会加剧系统的非线性。

对于出现分叉的非线性系统实施控制，控制的目标是移动分叉点或改变分叉点的类型。对于移动分叉点就是将非线性发生分叉的点远离系统的工况点(或称为平衡点)，这样系统在工况点附近可获得期望的控制性能；对于改变分叉点类型，可以通过控制系统的设计将该分叉点变成稳定的极限环，这样系统的动态行为就得到改善。总之，对于具有分叉特性的非线性系统的控制目标就是通过控制器的设计改变系统的动力学行为，因而获得期望的动态特性。

发明内容

本发明针对目前锅炉-汽机发电机组的非线性控制存在的保守性问题，提出了具有扰动抑制能力的双模预测控制策略，从而将系统状态调节到收敛的稳定极限环，本发明提供一种基于模糊预测的反分叉控制方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：基于模糊预测的反分叉控制方法，包括以下步骤：

S1系统处于离线模式下，针对矩阵不等式(1)、(2)以及0＜λ≤1，采用LMI工具箱优化计算得到最小扰动不变集Ω_m，以及对应的l个模糊子集的控制律增益K₁，K₂，…，K_l，公式(1)、(2)如下：

式中，λ为实参数，Y_{j＝1，…，l}表示l个m×n维的实数矩阵，X＝γP^-1，γ是一个大于0的实数，P为待求的属于李雅普诺夫函数的正定矩阵，U为待求的m×m维矩阵，Y_j表示j个m×n维的实数矩阵，U_q是m维实数矩阵U的第q个对角元素，是相对于工况点输入值u_op的第q个输入约束，μ_i(z)为模糊规则中关于前件变量z的第i个隶属函数，P_d为包围输入扰动域的最小椭球的正定矩阵，A_i，B_i从相应工况点i的泰勒公式展开获取；通过公式K_j＝Y_jX^-1计算出控制律增益K₁，K₂，…，K_l。